Как работает турбореактивный двигатель / Хабр

Введение

Приветствую, ХАБРчане. Пришла мне в голову идея создать турбореактивный мотоцикл. И, естественно, пришлось собирать техническую информацию и во всём разбираться. Но простого объяснения принципа работы такого двигателя я не нашёл. Везде рассказывается сложным техническим языком, зачастую понятным только инженеру. И я решил попробовать рассказать по-простому так, чтобы понял и инженер, и ребёнок.

Физический принцип

Чтобы объяснить, на каком принципе работает турбореактивный двигатель, рассмотрим следующий пример.

Давайте представим, что мы взяли обычный домашний вентилятор. Включив его в розетку, мы увидим, что электрический двигатель будет раскручивать крыльчатку вентилятора и она начнёт создавать тот самый поток воздуха, который мы так любим в сильную жару. А теперь давайте поставим второй вентилятор напротив первого.

Тогда поток ветра с первого вентилятора будет вращать крыльчатку второго (не подключённого к сети) вентилятора, и если на второй вентилятор вместо двигателя мы установим электрогенератор, то он, разумеется, будет вырабатывать электричество. Получится как бы ветряной генератор. И тут сама собой напрашивается идея соединить эти два вентилятора проводами, то есть запитать первый вентилятор от генератора. Получится так называемая замкнутая система. Генератор вырабатывает электричество для двигателя, а двигатель вырабатывает ветер для генератора.

Замкнутая система

Получается, как бы вечный двигатель. Но сразу спешу огорчить, что вечного двигателя на самом деле не получится, так как и у крыльчаток, и у двигателя, и у генератора есть какой‑то свой коэффициент полезного действия (КПД). И, к сожалению, он почти всегда меньше единицы, ибо в этой замкнутой системе много потерь. В итоге эта связь двух вентиляторов будет иметь затухающий характер. Но люди придумали следующее: они расположили между этими двумя вентиляторами огонь.

Поскольку при сжигании керосина происходит расширение газов примерно в 27 раз, к тому же эти выхлопные газы будут изрядно разогреты, а значит дополнительно увеличены в объёме, то на второй вентилятор будет приходить намного больше энергии, чем тратит первый вентилятор.

И в таком случае мы действительно можем соединить оба вентилятора проводом, и эта система будет работать. Тогда наш генератор (вентилятор № 2) будет вырабатывать электричество с избытком, даже больше, чем потребуется для вращения первого вентилятора. И тут возникает вопрос: а зачем нам вообще нужен генератор, двигатель, провода, когда можно просто взять две крыльчатки и просто закрепить их на один общий вал, тем самым избавиться от преобразования в электричество и исключить тяжёлые дорогие агрегаты? В такой схеме механизм упрощён до максимума, а его эффективность будет даже выше, так как исключены лишние преобразования энергии в электричество и обратно.

Вот на таком простом принципе и работают все турбореактивные двигатели.

Турбокомпрессор

Первый вентилятор (нагнетающий воздух) называется турбокомпрессором и порой состоит из десятка последовательно расположенных крыльчаток для создания необходимого давления. А второй вентилятор называется силовой турбиной. Силовой, потому что она и вращает этот самый турбокомпрессор. В итоге эта система вращающихся крыльчаток раскручивается до огромных скоростей: 100 и даже 200 тысяч оборотов в минуту в зависимости от размеров турбины. В результате этого выходящие потоки воздуха и выхлопных газов двигаются с такой скоростью, что формируют реактивную струю такой силы, что этого достаточно, чтобы толкать самолёт.

Применение

 Применение этой турбинной системы не ограничивается одними только самолётами. С вала турбины можно отбирать механическую энергию (турбовальная схема) и вращать генератор, который будет питать целый город. Поэтому такая технология ГТУ (газотурбинная установка) широко используется на электростанциях, а также различных перекачивающих нагнетающих компрессорах и даже на некоторых танках.

Из плюсов подобных силовых установок можно отметить большую мощность при малых размерах и весе, поэтому подобные реактивные двигатели так полюбились в авиации. Но есть у них и минусы: большой расход топлива (относительно ДВС) и огромная стоимость. Так что вряд ли вы когда-то увидите реактивный трактор или автобус.

Заключение

На мой взгляд, турбореактивный двигатель (ТРД) лучше всего подойдёт для создания будущего реактивного мотоцикла. И, кстати, работа по конструированию такого двигателя уже началась. Как и в предыдущих моих проектах, мне интересно поделиться процессом создания этого реактивного ЧУДОвища. Поэтому, будет сделана серия коротких видео, где я всё подробно рассказываю, показываю и объясняю с применением самодельных объясняющих анимаций.

Первый выпуск, в котором описывается принцип работы реактивного двигателя, можно посмотреть здесь:

Турбореактивный мотоцикл. 1 серия

Автор: Лёха Романтик

Как работают турбореактивные двигатели? Какие бывают ТРД?

Турбореактивный двигатель (периодически мы будем его называть сокращенно ТРД) — сколько в этих словах величественного, сразу представляются самолеты, ракеты, космос. Безусловно тот толчок научно-технического прогресса, который произошел благодаря изобретению реактивного двигателя, сыграл очень большую роль в развитии транспорта, и не только авиационного. Также, на близкой нашему порталу железной дороге, за счет турбореактивной тяги работают такие локомотивы как газотурбовозы, и РЖД считает их довольно перспективными, правда в рамках «штучной» эксплуатации. Водный транспорт тоже не уступает, в мире полно всяких авторских катеров с газотурбинными установками, способными развивать бешенное ускорение, и конечно экранопланы, вроде заржавевшего «Каспийского монстра», используют реактивную тягу для своего движения.

В данном материале мы не будем обсуждать трехэтажные формулы, учить фамилии конструкторов и первооткрывателей. Особенностью рубрики является попытка простого объяснения работы сложных технических устройств в области транспорта. Также поговорим о видах и принципах работы турбореактивных двигателей. Но начнем мы с обратного: как же ТРД удается перемещать летательные аппараты и экранопланы, что дало толчок к развитию ТРД?

Как турбореактивные двигатели перемещают летательные аппараты и экранопланы

Представьте себе ситуацию, будто вы сидите посреди большой пустой комнаты на стуле с колесиками, но дотянуться ногами до пола не можете, и предметов мебели вокруг, от которых можно оттолкнуться тоже нет, а вам нужно как-то переместиться в сторону выхода. Задача эта совершенно не решаема, если у вас нет при себе никаких предметов (одежды тоже). Но если при вас есть хоть что-то, обладающее массой, можно со всей силы отбросить это в сторону, противоположную выходу. Удивительным образом стул двинется в сторону выхода, и если вдруг в кармане вы обнаружите пару гантелей или гирю, особых проблем с путешествием не будет.

Главный принцип здесь заключается в следующем: если мы бросаем какой-либо предмет в сторону, на нас действует точно такая же сила, как и на предмет, только противоположно направленная. Если мы хотим кинуть волейбольный мяч, придав ему ускорение рукой, то наша рука почувствует удар — это и есть та сила, действующая в противоположном полету мяча направлении. Поскольку мяч гораздо легче, чем человек, он вынужден отлететь на большое расстояние, при приложенной силе. Но если с той же силой удара, что приложена к мячу, долбануть по гире, которая всего в четыре раза легче человека, то сила удара уже заставит кости сломаться.

Когда человечество получило доступ к поршневым двигателям высокой на тот момент мощности, пришла идея создания летательных аппаратов, известных ныне как самолеты. На валу поршневого движка внутреннего сгорания устанавливался винт с лопастями, отбрасывающий большой объем воздуха, в противоположном полету направлении. Однако скорость полетов на ДВС с воздушным винтом была весьма ограничена, а растущей индустриализации требовались все большие скорости, и тогда пришло время турбин.

Движение летательного аппарата с турбореактивными двигателями происходит за счет отбрасывания газовой смеси с высокой скоростью и в большом объеме, в противоположную движению аппарата сторону. Все довольно просто. Воздух — это газовая смесь, и любой газ обладает массой. Реактивная сила, создаваемая двигателем, зависит от скорости истекания газовой струи и ее массе (или объема при заданной плотности). Чем выше любой из данных множителей, тем выше реактивная сила.

Принцип действия турбореактивного двигателя

Академическое понятие ТРД выглядит так:
Турбореактивный двигатель — газотурбинный двигатель, в котором химическая энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию струй газов, вытекающих из реактивного сопла.

Поясним некоторые моменты: газотурбинный двигатель — это основа любого ТРД, рассматривая далее виды турбореактивных двигателей, данный факт будет хорошо прослеживаться. Под химической энергией имеется в виду высвобождение большого количества теплоты за счет сгорания топлива в присутствии кислорода. Что же касается сопла, то струя газа не всегда имеет максимальную кинетическую энергию при выходе из него, почему — рассмотрим далее.

Основной принцип работы любого газотурбинного двигателя — тепловое расширение воздуха за счет сгорания топлива, и как следствие образование реактивной струи — быстродвижущегося потока газов.

Как это работает

Турбина — это колесо с лопатками (своего рода лопастями), направленных к потоку газов под некоторым углом. Соответственно чем быстрее движется этот поток, тем большее усилие воздействует на лопатки, заставляя их поворачивать турбинное колесо. Надо сказать, что справедливо и обратное утверждение: если турбинное колесо вращается не за счет реактивной струи, то лопатки начинают увлекать за особой воздушный поток, словно вентилятор. Кстати лопасти винта самолета, мельницы или ветрогенератора используют аналогичный принцип, что и турбинное колесо, только в последнем случае давление, температура и скорость потока куда выше.

Схема устройства турбореактивного двигателя, устройство ТРД

Обратите внимание на иллюстрацию работы классической турбореактивной установки, или иначе говоря газотурбинной установки. Мы видим общий вал, на котором расположены кольца (колеса) с лопатками (их все можно также назвать турбинными кольцами (колесами), так как они ни чем не отличаются). С левой стороны изображена «холодная» а справа «горячая» части турбины. Давайте рассмотрим рабочий процесс данного двигателя, слева на право, с самого момента запуска:

• Изначально окружающий воздух через воздухозаборник контактирует с компрессором низкого давления. Специальный турбостартер (в случае больших двигателей) за счет создания высокого давления воздуха, подаваемого на лопатки одного из турбинных колец, раскручивает вал турбины, приводя в движение компрессор низкого и высокого давления, а также турбинные колеса.
• Лопатки компрессора низкого давления начинают «проталкивать» воздушный поток к лопаткам компрессора более высокого давления, которое в свою очередь перемещает воздух к следующему компрессору, и с каждым последующим переходом давление воздуха продолжает расти, а также растет и скорость потока. Проходя через лопатки последнего компрессора поток оказывается в просторной камере сгорания, в которой расположены топливные форсунки и свечи для поджига топлива, словно в автомобиле, только гораздо мощнее.
• Как только давление и скорость потока воздуха достигнут необходимых показателей, через форсунки начинает подаваться жидкий керосин, либо любой горючий газ, а свечи зажигания дают искру. После воспламенения топлива в камере сгорания резко возрастает давление, так как весь объем газовой смеси (включая воздушную смесь), вынужден увеличиться в несколько сотен раз за счет температурного расширения. В этот момент турбостартер (или электростартер), раскручивающий вал турбины, отключается.
• Весь горячий газ из камеры сгорания под огромным давлением и скоростью встречает на своем пути главную часть двигателя — турбинные колеса, которые вращают вал всей турбины (либо напрямую, либо через редуктор). За счет того, что турбинные колеса изначально вращаются гораздо медленнее, не соответствуя скорости только что разогретого в камере сгорания газа, поток начинает раскручивать турбину, теряя при этом часть кинетической энергии. Таким образом турбина работает самостоятельно, без участия стартера.
• Пройдя последнее турбинное колесо поток газа вырывается наружу через специально созданное сужение, называемое соплом. За счет сужения скорость потока газа увеличивается еще немного, что создаст большую реактивную силу.

Турбореактивный двигатель

Виды турбореактивных двигателей в авиации

Турбореактивные установки используются сейчас во многих областях техники, сохраняя единый принцип действия. В основе различий в типах ТРД лежит использование кинетической энергии газа, оставшейся после прохождения турбинных колес. Ее можно использовать как напрямую — то есть как реактивную струю, а можно направить еще на ряд турбинных колес, только уже вращающих другие валы. С каждым таким колесом струя газа будет терять энергию, и последующее использование ее реактивных качеств будет уже неоправданным, но как оказалось большим самолетам лучше всего летать не за счет непосредственно реактивной струи газа из камеры сгорания, а за счет большого винта, либо за счет вентилятора огромного диаметра.

Такое раздельное использование газовой струи ввело в обиход двигателестроителей такое понятие как «двухконтурность» турбореактивных двигателей. Контур — это один путь для воздушной струи через двигатель, соответственно один контур — это всегда главная газовая турбина, а второй контур это вентилятор огромного диаметра, создающий гораздо более массивный воздушный поток. Если объем одного контура превышает объем другого, речь идет о большой или малой степени двухконтурности.

Турбореактивные двигатели и турбовентиляторные двигатели

Турбовинтовой двигатель

Начнем с двигателей с самым большим показателем степени двухконтурности (это условное выражение, так как подобные двигатели не принято называть двухконтурными) — Турбовинтовых ТРД.

Устройство турбовинтового двигателя

Во главе угла газовая турбина, есть и компрессор низкого и высокого давления, и воздухозаборник, правда не прямоточный, а также камера сгорания и турбина отбора мощности, так сказать, да, чуть не забыл про сопло. Хотя от него в данном двигателе толку никакого нет. Струя газа после камеры сгорания тратит 5% своей энергии на вращение компрессоров, и 90% на вращение турбинного колеса, установленного на валу воздушного винта, через планетарный редуктор для увеличения мощности, за счет снижения оборотов. Таким образом реактивная струя вращает массивный винт, который действительно очень большой. Самолеты на поршневых двигателях не могли о таких винтах даже мечтать.

Сейчас большая авиация уже отказалась от таких двигателей в пользу турбовентиляторных ТРД, однако на малой авиации турбовиновые машины не теряют популярность. Даже на небольшие самолеты есть возможность установки турбовинтовых моторов, так как они гораздо надежней поршневых двигателей внутреннего сгорания, однако производство ТРД всегда обходится дороже, так как там важна точность обработки материалов и их качество, ведь работать предстоит при высоких давлениях, скоростях и температурах.

Турбовентиляторный двигатель

Вот здесь можно разгуляться по степеням двухконтурности, каких соотношений только в мире не найти. В свое время инженеры заметили, что вентилятор, состоящий из большого количества лопастей (как большой компрессор ТРД), способен создавать более быстрый и стабильный поток воздуха, нежели винт, но и это не все прелести. Многие из нас, кто родом из СССР, наверняка помнят, что было, когда где-то в небе пролетал самолет. Неважно какая у него была высота, хоть все 11 км, всегда у земли был слышен грохот реактивных машин или винтов. Жизнь возле аэропортов вообще представляла из себя сущий кошмар, с трясущимися стенами. Но вот сейчас все это в прошлом. Разве что военные учения с их турбовинтовыми бомбардировщиками, напомнят о прошлых временах в авиации.

Так вот турбовентиляторный ТРД подарил нам тишину. Их гигантский размер и высокая мощность не требуют высоких оборотов, а значит не производят сильный шум.

Устройство турбовентиляторного двигателя

Как можно видеть из схемы, основное отличие от турбовинтового двигателя заключается в том, что отбор реактивной мощности идет на вращение вентилятора, а не винта. Турбовентиляторный двигатель создает движущую реактивную струю на 70% за счет вентилятора, 30% выходящих из сопла газов.

Турбовентиляторный двигатель

Турбовальные и иные виды ТРД

Я думаю мне удалось продемонстрировать связь всех видов ТРД друг с другом, и огромное множество применений этого революционного изобретения рассматривать не имеет смысла. Скажем лишь, что не только самолеты используют реактивную мощность, но и вертолеты.

На вертолетах ТРД установлен таким образом, чтобы струи газа, выходящие из сопла, были направлены назад. Это помогает уменьшить расход топлива и скорость при движении вперед. А вот основной потребитель мощности, через вал и редуктор реактивной турбины, установлен перпендикулярно турбодвигателю — на крыше. В принципе через редуктор можно передать вращательное движение от вала куда угодно и как угодно. Такие ТРД называют турбовальными.

Двигатель для турбовинтовых самолетов также вариация турбовального двигателя

Использованы материалы:
Большая российская энциклопедия

Как работает турбореактивный двигатель? | Турбореактивный двигатель

Важный момент

1

Турбореактивный двигатель Введение

Турбореактивный двигатель — это двигатель, который вырабатывает всю свою мощность за счет выброса энергии в виде газового потока из сопла выхлопного двигателя. Турбореактивный двигатель был разработан или построен авиационными учеными Германии и Великобритании в период Второй мировой войны.

Турбореактивные двигатели очень важны в настоящее время, поскольку они развивают большую тягу, чем винтовой двигатель. Температура, которая может работать, высока, что означает, что он может работать при высоких температурах.

В этой статье вы узнаете о турбореактивных двигателях, о том, как они работают и как управляют самолетом. Плюсы ТРД и недостатки ТРД и многое другое. Я надеюсь, что эта статья даст вам качественный контент и поможет вам.

Также читайте: авиационный двигатель | Типы авиационных двигателей | Самый мощный турбовинтовой двигатель | Новый сдвоенный турбовинтовой самолет

Как работает турбореактивный двигатель?

Газовые турбины также называют турбореактивными двигателями. Единственный первый тип газовой турбины — это не что иное, как турбореактивный двигатель. У многих из вас есть вопросы о том, как работает турбореактивный двигатель. Сначала мы узнаем об основах турбореактивного двигателя.

Здесь мы говорим о том, что происходит внутри Двигателя, когда воздух проходит через Двигатель. Воздух в большом количестве поступает в двигатель. В таких странах, как Англия, это называют правильным впуском, но когда он втягивается в двигатель компрессором.

На схеме показано впускное отверстие, имеющее трубчатую форму. Эти входы бывают разных размеров. Это зависит от предназначения самолета. В задней части впуска воздух поступает в компрессор, и он действует так, как будто есть много аэродинамических профилей. Компрессор похож на вентилятор, а это означает, что нам нужно подавать электричество на вентилятор, чтобы включить его, так же, как нам нужна энергия, чтобы включить компрессор.

Самолет движется медленнее скорости звука, а двигатель этого самолета работает в воздухе со скоростью от 600 до 1000 км/ч. Вентилятор в передней части двигателя втягивает воздух в двигатель самолета и подает его через впускное отверстие. Из-за этого вентилятора поток воздуха замедляется на 50-60 процентов, а скорость остается на уровне 400 км/ч.

В самолетах есть двойной вентилятор, называемый компрессором, который нагнетает воздух восемь раз и быстро увеличивает температуру. Все топливо самолета хранится в крыльях самолета, потому что крылья самолета являются топливным баком самолета. Топливо (керосин) подается в двигатель самолета с крыльев самолета.

Сразу за компрессором находится камера сгорания; свинка (керосин) смешивается со сжатым воздухом и сгорает. И отводит горячие выхлопные газы, что повышает температуру.

Эта смесь при горении достигает температуры 900 градусов по Цельсию. Затем газ будет устремляться к лопастям турбины и вращаться, как ветряная мельница, так как газ будет терять такое же количество энергии, как и турбина. И произойдет это из-за остывания и потери давления.

Двигатель имеет длинную ось, к которой присоединены лопатки турбины, а также компрессор и вентилятор. Когда лопатка турбины начинает вращаться, компрессор и вентилятор также вращаются.

Через выхлопные патрубки горячие выхлопные газы выходят из двигателя. Как из трубы, вода быстро выталкивается в быструю струю. Выхлопное сопло, имеющее конструкцию, похожую на сужающуюся к этим конструкциям, помогает газу разгоняться до скорости 2100 км/ч. Двигатель, который оставляет горячий воздух сзади, имеет вдвое большую скорость, чем холодный воздух, поступающий из передней части двигателя самолета, и самолет получает возможность летать в небе с таким тяжеловесом.

Армейские или военные реактивные самолеты имеют форсажные камеры, в которых топливо подается внутрь выхлопных газов реактивных двигателей для создания дополнительной тяги в самолете. Горячие газы, движущиеся назад от двигателя, заставляют самолет двигаться или лететь вперед.

Это происходит потому, что вес самолета больше, чем выхлопные газы, образующиеся в двигателе. Эти выхлопные газы должны возвращаться назад быстрее, чем скорость самолета.

Углубляясь, вы увидите, что каждый компонент авиационного двигателя работает по-разному в воздухе или при прохождении топливной смеси.

• Выхлопной патрубок
• Компрессор
• Камера сгорания

Также прочтите: Сколько типов самолетов? | Сертификаты против оценок | Легкие спортивные и экспериментальные самолеты | Типы самолетов

#1. Выхлопное сопло

Выхлопное сопло быстро увеличивает скорость выхлопных газов, чтобы самолет мог летать в воздухе.

#2. Компрессор

Компрессор быстро увеличивает давление воздуха, а также его температуру.

#3. Камера сгорания

Камера сгорания быстро повышает температуру воздушно-топливной смеси за счет потери энергии тепла топлива.

Также прочтите: Что такое самолет? | Классификация самолетов | Типы самолетов

Турбореактивный двигатель

Проще говоря, турбореактивный двигатель означает авиационный двигатель, который использует кислород из атмосферы для сжигания топлива и создания тяги.

• Концепция, используемая в самолетах с турбореактивным двигателем, очень проста и легка.
• Двигатель самолета забирает воздух с задней стороны двигателя и затем сжимает его в компрессоре.
• Но при этом необходимо доливать топливо в камеру сгорания и сжигать до повышения температуры жидкостной смеси на 1000 градусов.
• Этот процесс производит горячий воздух и проходит от турбины, которая вращает компрессор.
• Давление, создаваемое при разгрузке турбины, должно в два раза превышать давление в атмосфере.
• Это зависит от уровня эффективности двигателя, который используется в самолете.
• Затем необдуманное давление передается на сопло, с помощью которого генерируются газовые потоки.
• Детали, находящиеся в турбореактивном двигателе, являются воздухозаборниками. Турбина газового двигателя состоит из компрессора, турбины, камеры сгорания и выхлопного сопла.

Воздух в ТРД отводится на входе и сжимается, а компрессор их нагревает. После этого топливо заливается в камеру сгорания и затем воспламеняется. Сгоревшее топливо добавляет энергии потоку выхлопных газов за счет расширения воздуха и нагревания.

С помощью турбины из выхлопных газов извлекается энергия для работы компрессора. Он создает тягу за счет оставшейся энергии выхлопа.

Когда сопла пропускают выхлопные газы, они ускоряются с высокой скоростью по мере расширения тяги. Тяга, создаваемая турбореактивным двигателем, будет выборочно увеличиваться за счет повторного нагрева конструкции двигателя.

Если вы знаете принцип малой относительной массы воздуха к высокой скорости, вы легко поймете принцип работы ТРД.

Если ускоренная скорость воздуха превышает скорость самолета, достигается оптимальная эффективность. Чтобы соответствовать скорости, Двигатель более эффективен и тих из-за более низкой скорости и большей массы потока выхлопных газов, когда он покидает Двигатель.

Также прочтите: Как работают тормоза самолета | Как работают тормоза самолета | Тормозная конструкция | Тормоза для самолетов

Турбореактивный двигатель на продажу

Обычно турбореактивные двигатели стоят дорого. На момент продажи турбореактивных двигателей его цена составляла от 10 до 40 миллионов долларов за каждый двигатель.

Некоторые факты о (реактивном двигателе)

С другой стороны, многие коммерческие самолеты используют несколько типов двигателей. Себестоимость производства таких двигателей дороговата. Такие компании, как Aerospace, производят различные типы реактивных двигателей для каждого типа коммерческих самолетов. В результате затраты на такие коммерческие самолеты высоки, поскольку они их продают.

Максин Гийом в 1900-х годах подала первый патент на реактивный двигатель. Гийом предложил в своем патенте осевой турбореактивный двигатель для использования в самолете. Максин Гийом никогда не строил реактивный двигатель, но патент, который у него есть, предлагает основу для других типов реактивных двигателей.

Производит около тридцати тысяч (30 000) лошадиных сил. Это нормально, что реактивный двигатель производит тридцать тысяч лошадиных сил. В легковых и грузовых автомобилях используются двигатели мощностью от 100 до 200 лошадиных сил.

С другой стороны, самолетам нужны более мощные двигатели, чтобы поднимать вес самолета в воздухе. По мере увеличения веса транспортного средства требуется более мощный двигатель.

Все реактивные двигатели не одинаковы. В самолетах используется много различных типов реактивных двигателей, и эти двигатели работают по-разному. Многие самолеты используют воздушно-реактивные двигатели. Эти воздушно-реактивные двигатели эффективны и обеспечивают достаточную тягу.

В то время как в других самолетах используются газотурбинные двигатели, эти газотурбинные двигатели относятся к типу роторных двигателей, создающих тягу. Двигатели, которые обычно используются в самолетах, представляют собой турбореактивные двигатели. Эти двигатели предназначены для сжатия воздуха, когда он смешивается с топливом для воспламенения.

Двигатели турбореактивных двигателей сжигают смесь сжатого воздуха и топлива для создания силы и тяги для полета самолета в воздухе. Все авиационные двигатели, которые используют реактивные двигатели в своих самолетах, имеют отношение тяги к массе.

Если реактивный двигатель тяжелый, ему нужна большая тяга, чтобы самолет мог лететь в воздухе. На случай, если реактивный двигатель самолета не сможет создать достаточную тягу. Двигатель самолета с трудом удерживал его в воздухе. Тяговооружённость реактивного двигателя составляет 1,9 к 100.

Также прочтите: Работа редуктора постоянного зацепления | Что такое редуктор с постоянным зацеплением? | Различные передаточные числа в редукторе постоянного зацепления

Малый турбореактивный двигатель

Люди думают, что Уильямс был первым, кто построил и изобрел первые крошечные реактивные двигатели, но это не так. В 1950-х годов, построенная во Франции компания Turbomeca Palas, в Palas выросла мраморная серия, которая приводила в действие двигатели небольших армейских самолетов. Самым маленьким турбореактивным двигателем на сегодняшний день является ТРС-18. Это самый маленький турбореактивный двигатель, который приводит в движение самолет.

Стоимость малых реактивных двигателей зависит от варианта и модели; Двигатели для небольших самолетов могут стоить от 50 000 до 80 000 долларов, что не намного дороже, чем у других крупных самолетов.

С другой стороны, стоимость турбореактивного двигателя составляет примерно от 15 до 35 миллионов долларов. Многие люди не знают, какую тягу развивает небольшой турбореактивный двигатель. Благодаря небольшому весу он может генерировать почти 1500 Н. Мощность генератора 750 Вт.

Также прочтите: Что такое двигатель с осевым магнитным потоком? | Ось силы | Технология осевого потока | Разработка двигателя с осевым потоком | Двигатель с осевым потоком и двигателем с радиальным потоком

Преимущества турбореактивных двигателей

Существуют различные преимущества турбореактивных двигателей, которые заключаются в следующем.

• Конструкция турбореактивного двигателя проста, а коэффициент мощности низкий.
• Имеет высокий рейтинг в скалолазании.
• Нумерация сопрягаемых деталей меньше. Это причина меньшего износа.
• Низкая стоимость обслуживания турбореактивного двигателя
• Турбореактивные двигатели свободны от силы, которая неуравновешена; следовательно, у них нет никаких вибраций.
• С этими турбореактивными двигателями возможна операция, выполняемая на высокой скорости.
• В ТРД позволяет использовать низкосортное топливо.

Также прочтите: Что такое редуктор? | Определение редуктора | Почему используется редуктор? | Типы редукторов

Недостатки турбореактивных двигателей

Существуют также некоторые недостатки турбореактивных двигателей, которые заключаются в следующем.

• КПД ТРД снижается на малых оборотах.
• Турбореактивные двигатели очень шумные.
• ТРД имеет малую тягу на взлете и наборе высоты.
• Многие зрители задавались вопросом, в чем основное отличие реактивного двигателя (ТРДД) от ТРД.
• Турбореактивный двигатель: воздух, который всасывается, направляется к двигателю самолета
• С другой стороны, реактивные двигатели (турбовентиляторные реактивные двигатели) имеют вентилятор с большими лопастями, который всасывает воздух снаружи двигателя самолета.

Также прочтите:  Что такое положение сварки? | Почему существуют разные положения сварки? | Что такое позиции для сварки труб 1G 2G 5G 6G?

Зачем нужны турбореактивные двигатели?

Примером газотурбинных двигателей являются не что иное, как турбореактивные двигатели. Принцип работы турбореактивных двигателей — третий закон Ньютона.

Турбореактивный двигатель представляет собой замкнутый цикл газотурбинного двигателя, используемого в самолете. Двигатель сжигает топливо и использует такие компоненты, как пропеллер, турбина, компрессор и т. д.

Также прочтите: Что такое муфта? | Как работает муфта вала? | Типы муфты вала

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Турбореактивный двигатель

Турбореактивный двигатель — это реактивный двигатель, который создает всю свою тягу за счет выброса высокоэнергетического газового потока из выхлопного сопла двигателя. В отличие от ТРД или двухконтурного двигателя, 100 % воздуха, поступающего на впуск ТРД, проходит через сердечник двигателя.

Малый турбореактивный двигатель

Компания PBS AEROSPACE разработала и успешно запустила в производство серию высококачественных и надежных малых турбореактивных двигателей, используемых в основном в беспилотных летательных аппаратах, дронах-мишенях, других беспилотных системах, экспериментальных самолетах и ​​сверхлегких вертолетах.

Как работает турбореактивный двигатель?

В реактивном двигателе расширяющиеся газы сильно давят на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает его. Газы проходят через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскакивают и выбрасываются из задней части выхлопной трубы, толкая самолет вперед.

Как работает турбореактивный двигатель?

Турбореактивный двигатель является реактивным двигателем. В реактивном двигателе расширяющиеся газы сильно давят на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает его. Газы проходят через турбину и заставляют ее вращаться.

Как работают турбовентиляторные двигатели?

Автор
Деванш Мехта

Опубликовано 10 августа 2022 г.

Подробнее о том, как работают современные реактивные двигатели.

Фото: Роллс-Ройс

Когда производители таких гигантов, как Boeing или Airbus, обычно запускают новый тип самолета, главная цифра почти всегда заключается в том, насколько экономичным является новый самолет по сравнению с его предшественником. Чаще всего почти вся экономия топлива связана с улучшением двигателей. Но как именно работают турбовентиляторные двигатели?

Основной принцип

Прежде чем мы углубимся в сложную конструкцию современного турбовентиляторного двигателя, давайте разберемся с основами того, как летают самолеты. Говоря очень широко, самолету нужны две вещи, чтобы подняться в небо: подъемная сила и тяга. Подъемная сила — это восходящая сила, создаваемая крыльями, а тягу можно определить как поступательный импульс, исходящий от двигателей самолета.

Во время путешествия пассажиры могут видеть только большой вентилятор спереди и относительно небольшую выхлопную трубу сзади реактивного двигателя, но между этими двумя компонентами происходит гораздо больше. Основными компонентами турбовентиляторного двигателя являются лопасть вентилятора, секция компрессора, камера сгорания, турбины и выхлоп.

Турбовентиляторные двигатели

работают по простой и знакомой концепции. Фото: Pratt & Whitney.

Турбовентиляторный двигатель работает в четыре простых этапа: сосать, сжимать, стучать и дуть , очень похоже на двигатели внутреннего сгорания в дорожных транспортных средствах. Спереди воздух всасывается в двигатель через массивный вентилятор. Затем высокоскоростной воздух поступает на вторую ступень, где он сжимается с помощью лопаток компрессора низкого и высокого давления в указанном порядке.

К этому времени воздух в 40 раз плотнее обычного, а температура достигает нескольких сотен градусов. Затем сжатый воздух поступает в камеру сгорания, где топливо распыляется, пытаясь смешать их. Затем смесь воспламеняется, что приводит к быстрому расширению газов, которые в конечном итоге выбрасываются из выхлопных сопел.

Третий закон движения Ньютона гласит, что каждое действие имеет равное и противоположное противодействие. В этом случае выхлопные газы, выходящие из двигателя с высокой скоростью, будут толкать самолет вперед с равной и противоположной силой, иначе известной как тяга.

Коэффициент байпаса

Хотя теперь вы знаете основы работы турбовентиляторного двигателя, осталось понять одну важную деталь. Когда воздух поступает в двигатель через большой впускной вентилятор, он не весь попадает в сердцевину двигателя. Большая часть поступающего воздуха проходит между капотом двигателя и внешним слоем сердечника. Этот воздух известен как перепускной воздух, поскольку он выходит сзади, но не проходит через сердцевину двигателя. Однако стоит отметить, что байпасный воздух также создает тягу. Фактически он производит более половины всей тяги двигателя.

Проще говоря, чем выше степень двухконтурности двигателя, тем эффективнее он будет, поскольку ядро ​​отвечает за создание лишь небольшой части общей тяги двигателя. Можно даже сказать, что основной функцией ядра является питание приточного вентилятора, чтобы поддерживать поток байпасного воздуха на полную мощность. Это то, что делает современный турбовентиляторный двигатель значительно более эффективным, чем старые турбореактивные двигатели, которые в настоящее время преимущественно используются в истребителях.

Байпасный канал — это участок между сердцевиной двигателя и капотом. Фото: Getty Images

Количество воздуха, распределяемого между перепускным трактом и сердцевиной двигателя, называется перепускным воздухом и обычно определяется степенью двухконтурности. Коэффициент байпаса 12:1 означает, что на каждые 12 единиц воздуха, проходящих через байпасный канал, одна единица поступает в сердцевину двигателя.